[发明专利]在表面上制备精细导电结构的方法

说明书

本发明涉及一种能在表面上制备小的和极小导电结构的方法。本文中将小的和极小的结构看作是通常仅在借助于光学辅助手段才可通过人眼识别的结构。其可如下实现，即通过(热)冲压和/或压印纳米级凹槽产生微通道，接着借助于毛细管力的物理效应将导电材料有针对性地引入如此形成的凹槽中，以及最后对导电材料进行合适的后处理。

存在这样的需要，即特别在不导电或导电性差的透明物体的表面上配备导电结构，同时又不损害其光学或机械或物理特性。此外，还存在这样的需要，即在该表面上配备由人眼所不能识别的结构，同时例如对表面的透明性、半透明性和光泽不产生不利影响。通常认为用于此的结构的特性尺寸必须小于25μm。例如最大宽度和深度为25μm的任意长度的线。

各种印刷技术提供了在基材上施加小结构的可能性。这类印刷技术之一是所谓的喷墨技术，其有各种实施方案。其中借助于可定位的喷嘴可将液滴或液体射流施加到基材上。对由喷墨产生的线的宽度起主要影响的是所用喷嘴的直径。此外，还存在迄今无例外的常规，该线宽至少与所用喷嘴的直径一样大或大部分是大于所用喷嘴的直径。由此例如在使用出口孔为60μm的喷嘴时产在的线宽≥60μm[J.Mater.Sci.2006，41，4153；Adv.Mater.2006，18，2101]。在US 2006/124028A1中公开了基于碳纳米管的墨水作为导电基材来印刷导线的实例。

因此容易想到，将喷嘴孔缩小到约15-20μm，以得到所需的≤25μm的线宽。这种解决办法在实践中是不可行的，因为随直径缩小，该所用印刷物质(油墨(Farb)、墨水、导电膏)的流变局限会增加影响。由此该印刷物质常常不可用于该使用目的。这时尤其会出现喷嘴堵塞的麻烦，因为该印刷物质含有被分散的颗粒。此外，该流变要求(该物质的一定的粘度和表面张力，以及接触角和湿润性)可彼此独立地进行调节，以致用这种喷嘴的可印刷墨水在基材的印刷图案中不显示出所需的特性。

另外，商业的印刷技术如胶板印刷或丝网印刷均不能在表面上产生这种精细的结构。

用于形成小的和极小的结构的另一措施是通过合适的方法(如等离子体法)以如下方式处理基材：使得产生润湿性不同的区域，例如通过使用含该待形成结构的负像的掩模。例如在使用水性聚合物下其产生5μm的线宽[Science 2000，290，2123]。在使用类似的措施下已可形成宽度小于5μm的结构。但对于此方法需要昂贵的光刻步骤。[Nature Mater.2004，3，171]。

在US 2006/188823A1中公开了一种在基材上施加附加的光活性层的方法。通过压印物理地提供一种结构。该形成的结构再用UV-光硬化。此外，还可接着进行蚀刻步骤和硬化步骤。但该所用的在形成的结构中充填的导电材料的准确性质未予公开。该方法由于多个处理步骤而是较繁琐的和昂贵的。

一种用于在聚合物上形成小结构但不形成导电结构的简单的纯机械方法是利用(热)冲压或纳米级压印。在此主要是用压力将冲模(Stempel)压在基材上，并由此在表面上成型出该冲模结构的负像。特别是在此已使用高于该聚合物的玻璃态转变温度的冲模热冲压聚合物基材以形成直径为25nm的结构。与上述的光刻法相反，在冲压方法中所用的模板(也称Master)总可保持完好地一再使用[Appl.Phys.Lett.1995，67，3114；Adv.Mater.2000，12，189；Appl.Phys.Lett.2002，81，1955]。

为从所得结构制备导电结构，必须用合适材料充填该结构。刮涂工艺和擦拭工艺(Wischprocess)原则上适合此方式。例如从WO 1999 45375A1中已知该方法。其中在基材上施加过量的应充填该结构的材料，并分布进应保留该材料的结构中，而以所用的擦拭技术从剩余的基材上基本清除掉该材料。该方法的缺点在于，除尤其是充填材料的大量损失外，还仅能困难地确保从基材的非充填部位上完全除去残余充填材料。在US 6911385B1中公开了一种方法，方法中使用连续的和非连续的冲压法。在该两种情况下，均要在表面上施加导电墨作为均匀膜，并接着借助冲压去除其表面不应导电部位的材料。另外还公开了一种方法，方法中在保持在基材上的多孔冲压图案(冲模)下经开孔施加导电墨。因此在涂墨时冲模与基材直接接触的部位未经涂墨并由此产生所需的结构化(Strukturierung)。